JP2016525653A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風力発電装置のゴンドラ内への荷物の搬送を改善する。【解決手段】縦軸を有するタワー（１０２）、タワー（１０２）に回動可能に支承されたゴンドラ（１０４）、ゴンドラ（１０４）からタワー（１０２）内に下方に延伸する複数のケーブル（２００）、及び、ゴンドラ（１０４）の内部において固定されており、荷物（４００）をタワー（１０２）の内部においてゴンドラ（１０４）に向かって又は下方に搬送するために利用される搬送ユニット（５００）を有する風力発電装置において、搬送ユニット（５００）は複数のリング（３１０−３５０）を含むケーブルガイドユニット（３００）を有し、複数のケーブル（２００）は、リング（３１０−３５０）の内側の領域が荷物（４００）の搬送のためにフリーの状態に維持されるよう、リング（３１０−３５０）の周に結合され、複数のリング（３１０−３５０）の最上部のリング（３１０）はゴンドラ（１０４）に固定され、複数のリング（３１０−３５０）の最下部のリング（３５０）はタワー（１０２）の内又は際で回動不能に結合され、最下部のリング（３５０）はタワー（１０２）の縦軸に沿った回動不能なガイド（３６０）を有する。【選択図】図２

Description

本発明は風力発電装置に関する。

風力発電装置は、典型的には、タワーと、タワー上に配設されるゴンドラ（ないしナセル）とを有する。ゴンドラは、風力発電装置のロータ（回転する部分）を支持する。風力発電装置は、（例えば整備のための）荷物を地面からゴンドラ内に搬送するための搬送装置を有する。風向に追従するために、ゴンドラのアジマス角（ないし方位角）は調整可能に構成される。ゴンドラ内には、風力発電装置のロータと直接的又は間接的に連結される発電機を配することができる。発電機によって生成される電気エネルギは、例えば、タワー内のケーブルを介して、タワー足部（ないしタワー基部）の領域にまで送電される。風向に追従するために、ゴンドラがタワー軸の周りで何度も回動（ないし旋回）することが起こり得る。このことは、とりわけ発電機からタワー足部に至るパワーケーブルの捩れに関しクリティカルであり得る。

DE 10 2009 013 728 A1 DE 102 24 439 A1

DE 10 2009 013 728 A1 は、捩れ可能なゴンドラケーブルガイドを有する風力発電装置を記載している。

DE 102 24 439 A1 は、風力発電装置の構成要素の組立・分解のための方法を記載している。この場合、地面にウインチがあり、ロープはゴンドラに向かって延伸し、方向転換ローラを介して再び下方に延伸する。更に、ゴンドラ内にもウインチが設けられている。このウインチは、タワーの外部にある荷物を上方に向かってゴンドラ内に搬送するために使用される。

本発明の課題は、ゴンドラ内に荷物を搬送するための改善された方策を利用する風力発電装置を提供することである。

この課題は、請求項１の風力発電装置によって解決される。

本発明に応じ、風力発電装置は、縦軸を有するタワーと、回動可能にタワー上に配設されたゴンドラと、ゴンドラからタワー内に延伸する複数の（パワー）ケーブルと、搬送ユニットを有する。搬送ユニットは、ゴンドラの内部において固定されており、荷物をタワーの内部においてゴンドラに向かって又は下方に搬送するために利用される。搬送ユニットは複数のリングを含むケーブルガイドユニットを有し、（パワー）ケーブルは、リングの内側の領域が荷物の搬送のためにフリーの状態に維持されるよう、リングの周に固定（結合）されている。最上部のリングはゴンドラに固定され、最下部のリングはタワーの内又は際で回動不能に結合されている。最下部リングは、タワーの縦軸に沿った回動不能なガイドを有する。

ここで、パワーケーブルとは、発電機において生成された電気エネルギを例えば風力発電装置のタワーのパワーキャビネットに送電するために使用されるケーブルである。とりわけ、パワーケーブルは、ＤＣ（直流）送電のために使用することができる、即ち、パワーケーブルは、例えば風力発電装置のゴンドラ内に配設されておりかつ風力発電機の発電機によって生成された交流電圧を直流電圧に変換する整流器の出力端に接続される。他方、パワーケーブルは交流電圧送電のために使用することも勿論可能である。

本発明の一側面に応じ、パワーケーブルは、リングの外周に配される。

本発明の更なる一側面に応じ、最下部リングは、少なくとも２つのリングガイド（Ringfuehrung）を有し、該リングガイドによってガイド（Fuehrung）に沿って案内される。ここで、ガイドはタワーの縦軸に沿って延在する。

本発明の更なる一側面に応じ、荷物の搬送のため最大に利用可能なリングの内径を計算する場合、隣り合うリング間におけるケーブルの延在態様（螺旋状ねじり態様）が考慮される。

本発明は、タワーとゴンドラを有する風力発電装置を提供するというコンセプトに関する。ゴンドラには、搬送装置が設けられる。ゴンドラとタワーの間の移行領域において、搬送ユニットは、ケーブルないしパワーケーブルが結合（固定）される複数のリングを有する。これらのリングは、搬送ユニットの搬送容器が当該リングを貫通して搬送されることができるような、最小径を有する。最下部のリングは、少なくとも１つのガイドレールを介して、タワー壁（内壁）に回動不能に結合される。かくして、最下部リングは、上方又は下方への鉛直方向運動のみを実行することができ、回転運動は実行することができない。

本発明の更なる実施形態は従属請求項の対象である。

本発明の利点及び実施例を以下に図面を参照して詳細に説明する。

本発明の風力発電装置の一例の模式図。 第１実施例の風力発電装置の一部分の模式的断面図。 第１実施例の風力発電装置の（一部分の）模式的断面図。 第２実施例のケーブルガイドの一例の下部リングの模式的断面図。 図４の下部リングのためのガイドの一例の模式図。 第３実施例の風力発電装置の一部分の模式的断面図。 第５実施例の風力発電装置の一部分の模式的断面図。 第５実施例の風力発電装置の一部分の更なる模式的断面図。 第５実施例の風力発電装置の一部分の他の模式的断面図。

図１は、本発明の風力発電装置の一例を模式的に示す。風力発電装置１００は、タワー１０２と、タワー１０２上のゴンドラ（ないしナセル）１０４を有する。ゴンドラ１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０を有する空気力学的ロータ１０６が設けられている。空気力学的ロータ１０６は、風力発電装置の運転時、風によって回転運動し、かくして、当該空気力学的ロータ１０６に直接的又は間接的に連結されている発電機のロータないし回転子を回転させる。発電機は、ゴンドラ１０４内に配設されており、電気エネルギを生成する。発電機によって生成された電気エネルギは、パワーケーブルによってゴンドラからタワーの下部領域に送電されることができ、そこで、例えば直流電圧の形態にある電気エネルギは例えば交流電圧に変換されることができる。ロータブレード１０８のピッチ角は、各ロータブレード１０８の翼根にあるピッチ調整（ピッチング）モータによって変更することができる。ゴンドラ１０４の配向（ないし方位）は、風向追従のために調整することができる。発電機によって生成された電気エネルギの送電のために、パワーケーブルはゴンドラ１０４からタワー足部（ないしタワー基部）に敷設されている。

図２は、第１実施例の風力発電装置の一部分の一断面を模式的に示す。図２には、タワー１０２とゴンドラ１０４の間の移行部が模式的に示されている。ゴンドラ１０４は、タワー１０２上にあり、アジマスベアリング６００によって回転されて、そのアジマス位置に回転されることができる。これは風向追従のために実行されるが、これにより、空気力学的ロータは支配的（優勢）な風（vorherrschend Wind）に対し適切に配向される。ゴンドラ１０４からは、複数のパワーケーブル２００が、タワー１０２内に下方に向かってタワー足部に、そこにあるパワーキャビネットに導かれる。ゴンドラ１０４内には、搬送ユニット５００が設けられている。搬送ユニット５００は、荷物４００をタワー１０２の内部において上方又は下方に搬送するために利用される。ゴンドラとタワー１０２の間の領域には、ケーブルガイドユニット３００が搬送ユニット５００の部分として設けられている。ケーブルガイドユニット３００は、複数のリング３１０、３２０、［３３０、］３４０、３５０を有する。リング３１０−３５０の周に沿って、複数のパワーケーブル２００が配置されている。最下部のリング３５０は回転不能なガイド３６０を有する。最下部リング３５０は、リングガイド３７０を介してガイド３６０に支持されている。

パワーケーブル２００がリング３１０−３５０の周に固定されていることによって、各リング間の内部領域は、フリーの状態にあり、搬送ユニット５００によって荷物４００を上方又は下方に搬送するために利用されることができる。

本発明に応じ、搬送ユニット５００は、アーム５２０、巻上げユニット５３０及びチェーン５１０を有することができ、これらによって、例えば、荷物４００はリングの内側で上方又は下方に搬送されることができる。

荷物が最早タワーの外部においてではなく、タワーの内部において上方又は下方に搬送可能にされることが、本発明に応じて構成されたケーブル固定によって達成することができる。

本発明に応じ、最上部のリング３１０はゴンドラに固定される。最下部リング３５０は、リングガイド３７０によってガイド３６０に実質的に回動不能に案内される。このガイド３６０は、タワー１０２の縦軸に沿って即ち鉛直方向に（垂直に）延在する。最上部リング３１０と最下部リング３５０の間のリング（複数）は、回動不能でないように組み込まれており、そのため、これらのリングは最上部リング３１０の回転時、従ってパワーケーブルの回転時、相応に一緒に回転することができる。この場合、最上部リング３１０の回転は、パワーケーブル２００を介して、その下方にあるリング３２０−３４０に伝達される。

荷物４００は、ガイドロープ３８０によってタワーの縦軸に沿って案内されることができる。

最下部リング３５０の回動不能な案内のために、（最）下部リングについては、回転は行われず、タワーの縦軸の方向における直進的な上昇運動のみが実行されるが、その際、パワーケーブル２００は捩れる。

風向追従のためにゴンドラが回転すると、最上部リング３１０はゴンドラ１０４と一緒に回転し、ケーブル２００は、最上部リング３１０と最下部リング３５０の間において、複数のリング３１０−３５０によってフリーな状態に維持されている有利にはシリンダ状の空間の周囲に螺旋状に延在することになる。最上部リング３１０と最下部リング３５０の間において延在するケーブル２００の螺旋の巻き具合は増大するため、それに応じて最上部リング３１０以降の複数のリングは上方に移動し、その結果、これらのリングは上昇する。ここで留意すべきことは、最下部リング３５０が最大に上昇することである。

本発明に応じたケーブルガイドユニット３００は、ゴンドラが回転する際にパワーケーブル２００が単に湾曲されるだけで、捩じられるまでには至らないため、有利である。

本発明に応じてパワーケーブル２００はリング３１０−３５０の周に沿って配置されているため、ケーブルの通風は改善され、従って、ケーブルの冷却は改善される。本発明に応じ、極めて一様な湾曲（Biegung）を有するケーブルの案内を達成することができる。

搬送ユニット５００は、荷物４００をゴンドラ１０４内に又は下方に搬送するために使用されるが、その際、荷物４００はケーブルガイドユニット３００のリング３１０−３５０の内側で上方に（又は下方に）搬送される。このため、リング３１０−３５０の直径は、搬送されるべき荷物が適切に上方に（又は下方に）搬送可能であるように、相応に選択される必要がある。

本発明に応じ、搬送ないし昇降ユニットは、ゴンドラ及びタワーの内部に設けられる。昇降装置ないし搬送装置は、ゴンドラの領域にあるアーム５２０、チェーン巻上げ機５３０及びチェーン又はロープ（ないしワイヤ）５１０を有し、これらによって、荷物４００は上方のゴンドラ内に搬送されることができる。搬送ユニットは、更に、複数のリングを含むケーブルガイドユニット３００を有する。リング３１０−３５０の内側に例えばシリンダ状の領域がフリーの状態に維持されるよう、パワーケーブル２００はこれらのリングに固定（結合）される。かくして、この領域は、荷物４００をタワー１０２内を貫通してゴンドラ内に搬送するために使用することができる。

本発明に応じ、荷物４００は、例えば４００ｍｍまでの外径を有することができる。

リング３１０−３５０の直径の寸法を定める場合、搬送されるべき荷物４００の外径だけではなく、隣り合う２つのリング間におけるパワーケーブル２００の延伸態様も考慮する必要がある。出発点（前提）とすべきことは、隣接リング間におけるケーブルは、両リングにおける懸架（係合）点（Aufhaengepunkt）間の最短の経路を取るということである。このため、リングの内側における有効にフリーに維持される搬送経路ないし搬送体積又は搬送直径は縮小され得る。

図３は、第２実施例の風力発電装置の一部分の一断面を模式的に示す。図３には、ケーブルガイドユニット３００が詳細に示されている。第２実施例のケーブルガイドユニット３００は、第１実施例のケーブルガイドユニットに依拠するないし基づくことができる。ケーブルガイドユニット３００は、パワーケーブル２００をゴンドラ１０４からタワー１０２にガイドするために使用される。ゴンドラの起こり得る回転運動は、ケーブルガイドユニット３００によって捕捉されることが望ましい。このために、ケーブルガイドユニット３００は複数のリング３１０−３５０を有する。最上部のリング３１０は、有利にはゴンドラ１０４に固定的に結合される。最下部のリング３５０は、タワー１０２の縦軸に沿って延在するガイド３６０に、リングガイド３７０を介して支持される。第２実施例に応じ、２つのガイド３６０が設けられている。その代わりに、３つ以上のガイドを設けることも可能である。このため、（最）下部のリング３５０はガイド３６０の内側で回動不能に支承されている。最上部リング３１０と最下部リング３５０の間に設けられたリング３２０−３４０は、回動不能でないように構成されている。ゴンドラ１０４が回転すると、最上部リング３１０は一緒に回転し、その下方にある複数のリングはケーブル２００の一緒の回転によって一緒に回転する。このとき、ケーブルは螺旋状に挙動（延在）する。ゴンドラ１０４の回転従って最上部リング３１０の回転が大きくなればなる程、（その下方の）リング３２０−３５０の上昇は一層大きくなる。この場合、最下部リング３５０が最大の上昇を行う。

図４は、第１又は第２実施例のケーブルガイドユニットの最下部リング３５０の一断面を模式的に示す。最下部リング３５０は３つのリングガイド３７０を有し、そのため、最下部リング３５０は３つのガイド３６０に沿って案内されることができる。本発明に応じ、少なくとも２つのガイド３６０と、最下部リング３５０の少なくとも２つのリングガイド３７０を備えることが望ましいであろう。

図５は、第１又は第２実施例のケーブルガイドユニットの最下部リング３５０のリングガイドの一例を模式的に示す。リングガイド３７０は２つのガイドローラ３７１、３７２を有する。リングガイドユニット３７０は、金属板３７３、３７４を介して、例えばタワー１０２に結合（固定）されることができる。２つのガイドローラ３７１、３７２の間には、スペーサ金属板３７５を設けることができる。２つのガイドローラ３７１、３７２の間のスペーサ面３６５［３７５］の内側に、任意的に、プラスチック製摺動要素３７６を設けることができる。

本発明に応じ、ケーブル２００とリング３１０−３５０の間の結合は、例えばケーブル結合具（Kabelbinder）を介して実行することができる。

本発明に応じ、ケーブル２００は、ゴンドラに懸架（係合）するためのケーブルグリップ（Ziehstrumpf）を有することができる。

図６は、第３実施例の風力発電装置の一部分の一断面を模式的に示す。図６には、とりわけ、ケーブルガイドユニット３００を有する搬送ユニット５００が示されている。搬送ユニットは、例えば、チェーン巻上げ機５３０とチェーン又はロープ（ないしワイヤ）５１０を有するアーム５２０を有する。ロープ５１０は、ケーブルガイドユニットのリング３１０−３５０の内部で延伸している。かくして、ケーブルガイドユニットは、搬送ユニットの部分であるか或いは搬送ユニットに適合されている。このことは、とりわけ、リング３１０の内径及びリング３１０の周におけるケーブル２００の取付けによって示されている。かくして、リングの内側の例えばシリンダ状の領域が搬送のためにフリーに維持されることを保証することができる。ここで、リング３２０−３５０を有するケーブルガイドユニット並びに最下部リング３５０のリングガイド３７０及びガイド３６０の形態は、第１又は第２実施例のケーブルガイドユニット３００の形態に実質的に対応する。

図７〜図９には、夫々、本発明の風力発電装置のタワーの一例の断面が模式的に示されている。タワー１０２内には、ケーブルガイドユニット３００が示されている。図７には、最上部リング３１０と最下部リング３５０を有するケーブルガイドユニット３００が最大に捩じられた状態で示されている。この場合、最下部リング３５０の最大に上昇した状態を表している。

図８には、タワー１０２の内部にある最上部リング３１０と最下部リング３５０を有するケーブルガイドユニット３００が示されている。図８には、とりわけ、ケーブルガイドユニットとそれに結合（固定）されたケーブル２００が部分的に捩じられた状態、従って、最下部リング３５０の上昇ストロークが最大の場合よりも小さい状態が示されている。

図９には、タワー１０２の内部にあるケーブルガイドユニット３００が示されている。図９には、ケーブルガイドユニット３００とそれに結合されたケーブル２００の捩じられていない状態が示されている。

この課題は、請求項１の風力発電装置によって解決される。即ち、上記の課題を解決するために、本発明の一視点により、縦軸を有するタワー、タワーに回動可能に支承されたゴンドラ、ゴンドラからタワー内に下方に延伸する複数のケーブル、及び、ゴンドラの内部において固定されており、荷物をタワーの内部においてゴンドラに向かって又は下方に搬送するために利用される搬送ユニットを有する風力発電装置であって、
搬送ユニットは複数のリングを含むケーブルガイドユニットを有し、複数のケーブルは、リングの内側の領域が荷物の搬送のためにフリーの状態に維持されるよう、リングの周に結合され、
複数のリングの最上部のリングはゴンドラに固定され、複数のリングの最下部のリングはタワーの内又は際で回動不能に結合され、最下部のリングはタワーの縦軸に沿った回動不能なガイドを有する、風力発電装置が提供される（形態１・基本構成）。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を示す。
（形態１）上記基本構成参照。
（形態２）上記形態１の風力発電装置において、複数のパワーケーブルはリングの外周に配される、ことが好ましい。
（形態３）上記形態１又は２の風力発電装置において、最下部リングは、少なくとも２つのリングガイドを有し、リングガイドによってガイドに沿って案内される、ここで、ガイドはタワーの縦軸に沿って延在する、ことが好ましい。
（形態４）上記形態１〜３の何れかの風力発電装置において、荷物の搬送のために最大に利用可能なリングの内径を計算する場合、隣り合うリング間におけるケーブルの延在態様が考慮される、ことが好ましい。
本発明の利点及び実施例を以下に図面を参照して詳細に説明する。なお、特許請求の範囲に付した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものに過ぎず、本発明を図示の態様に限定することは意図しない。

Claims (4)

1. 縦軸を有するタワー（１０２）、
   タワー（１０２）に回動可能に支承されたゴンドラ（１０４）、
   ゴンドラ（１０４）からタワー（１０２）内に下方に延伸する複数のケーブル（２００）、及び、
   ゴンドラ（１０４）の内部において固定されており、荷物（４００）をタワー（１０２）の内部においてゴンドラ（１０４）に向かって又は下方に搬送するために利用される搬送ユニット（５００）
   を有する風力発電装置であって、
   搬送ユニット（５００）は複数のリング（３１０−３５０）を含むケーブルガイドユニット（３００）を有し、複数のケーブル（２００）は、リング（３１０−３５０）の内側の領域が荷物（４００）の搬送のためにフリーの状態に維持されるよう、リング（３１０−３５０）の周に結合され、
   複数のリング（３１０−３５０）の最上部のリング（３１０）はゴンドラ（１０４）に固定され、複数のリング（３１０−３５０）の最下部のリング（３５０）はタワー（１０２）の内又は際で回動不能に結合され、最下部のリング（３５０）はタワー（１０２）の縦軸に沿った回動不能なガイド（３６０）を有する、
   風力発電装置。
2. 複数のパワーケーブル（２００）はリング（３１０−３５０）の外周に配される、
   請求項１に記載の風力発電装置。
3. 最下部リング（３５０）は、少なくとも２つのリングガイド（３７０）を有し、リングガイド（３７０）によってガイド（３６０）に沿って案内される、ここで、ガイド（３６０）はタワー（１０２）の縦軸に沿って延在する、
   請求項１又は２に記載の風力発電装置。
4. 荷物（４００）の搬送のために最大に利用可能なリング（３１０−３５０）の内径を計算する場合、隣り合うリング（３１０−３５０）間におけるケーブル（２００）の延在態様が考慮される、
   請求項１〜３の何れかに記載の風力発電装置。

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